张 坤

(新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

某电站引水系统采用一洞四机形式布置，单机容量80 MW，属大(2)型工程。引水建筑物由进水塔、发电引水隧洞、调压室、压力管道等组成。压力管道采用斜井布置，斜井总长度为282.000 m，由上弯段、斜井段、下弯段共3部分组成。其中，斜井段长240.303 m，斜井轴线与水平面夹角为60°，为直径6.2 m圆形断面。在上平段、下平段处各设3#、4#两条支洞，断面为7.2 m×7.5 m(宽×高)城门洞型，满足隧洞开挖、渣料运输、通风排烟要求[1]。

结合地质勘测成果和已开挖的压力管道上、下平段、已施工的先导孔录像及返出的岩渣分析，斜井段上覆岩体厚度为137～254 m，岩性为D2h2凝灰质粉砂岩，以微风化～新鲜岩体为主，部分呈灰黄色的岩渣，局部存在较破碎～破碎岩体，沿大裂隙或层面有锈膜浸染，洞室以干燥为主，局部存在滴渗水，斜井段围岩类别以Ⅳ类为主，局部存在Ⅴ类围岩，发生塌方掉块的可能性极大[2]。

斜井段采用LM-300反井钻机从上平段进行反井钻先导孔钻孔施工，历时212 d共计钻孔147 m。施工过程中出现先导孔塌孔、卡钻现象达20余次，采用水泥固壁19次及膨润土固壁3次，但固壁加固效果不明显，不仅降低了先导孔的施工速度，而且直接影响工程按期完工。

2 施工方案比选

此斜井段长达240.303 m，倾角为60°，上覆岩体厚度为137～254 m，围岩类别以Ⅳ类为主，局部存在Ⅴ类围岩，发生塌方掉块后处理难度极大，且不能有效保证施工安全。

通过查阅斜井开挖的相关资料，目前斜井开挖施工比较实用的技术主要有全断面开挖法和先开挖导井再扩挖成型法两大类。

全断面开挖法直接从上至下贯通，无须增设斜井，上平段施工完成即可施工，不受下平段的施工约束。但是出渣施工需要安设大型提升设备，一方面影响斜井上部调压井的正常施工，另一方面出渣效率较低无法保证斜井施工进度，此段斜井的地质条件较差导致施工安全风险非常高，并且斜井的高度过高，洞内通风无法形成回路导致施工后期通风困难[3-6]。

先开挖导井再扩挖成型法包含吊罐、反井钻机、爬罐等几种施工方法，导井贯通后形成通风回路，施工渣料由导井溜下，从下平段运输，施工方便且效率非常高，施工安全得到有效控制，施工进度可以有效保证。但是前期施工的导井因地质条件较差无法成孔，且钻杆在重力的作用下，施工后期孔斜控制难度极大，严重影响工期。

根据各施工方法的特点，结合本工程实际情况，经过方案比选本工程采用新开支洞分段预固结灌浆加钢护筒法这一施工新技术。

3 新开支洞分段预固结灌浆加钢护筒法

在斜井段中部桩号管0+170.271开设支洞；进行新开支洞交汇处扩挖；上、下两段斜井前后进行预固结灌浆；上段斜井先导孔、溜渣井施工，施工渣料从新开支洞出渣；下段斜井先导孔、溜渣井施工，施工渣料从压力管道下平段4#支洞出渣；溜渣井内安装钢护筒；正井法进行斜井扩挖，利用钢护筒从压力管道下平段4#支洞出渣。新开支洞简易剖面图见图1。

图1 斜井段新开支洞简易剖面图(单位：m)

3.1 新开支洞施工

新开支洞断面为城门洞型，总长220.113 m，坡比为8.68%，成型后断面宽4.0 m,高4.5 m。因地质情况复杂，且围岩较破碎，采用PC110反铲进行全断面机械开挖，支护采用挂网+锚杆+钢拱架+喷混凝土的联合支护方式。

3.2 新开支洞交汇处扩挖施工

考虑下段斜井溜渣井施工前要安装反井钻机，需对新支洞与斜井交汇处进行扩挖，具体扩挖尺寸由反井钻机型号确定。为保证施工安全，交汇处范围内，新开支洞、斜井范围采用挂网喷混凝土加钢支撑型式进行支护。在斜井边墙处设置双排环向锁口锚杆，锚杆参数为Ф25，L=4 m，间排距1 m×1 m，使支洞与斜井顶部有机结合形成一个整体，确保交汇处的受力安全。开挖过程中遵循短进尺、弱爆破、多循环、勤支护的原则。施工过程中进行必要的安全监测，根据监测数据分析成果指导开挖、支护施工。

3.3 预固结灌浆施工

上下段斜井采用地质钻机(300型)分别进行预固结灌浆：上段斜井孔深为99.327 m,下段斜井孔深为140.976 m,孔径110 mm，预固结灌浆孔均匀布置于溜渣井(直径为1.5 m)轮廓线上，孔距为1.3 m。灌浆压力随孔深的增加自0.3 MPa逐渐增大至2.5 MPa，水泥浆液采用水灰比5.0∶1、3.0∶1、2.0∶1、1.0∶1、0.7∶1和0.5∶1六个比级。灌浆施工采用后序孔施工时，通过吃浆量检查前序孔的灌浆效果，在斜井先导孔及溜渣井成孔以后，利用孔内成像技术再次检查灌浆效果。孔位布置见图2。

图2 预固结灌浆布孔(单位：cm)

3.4 上、下段斜井导井施工

上、下段斜井进行预固结灌浆后，采用LM-300反井钻机施工先导孔(直径0.21 m)，先导孔形成后利用反井钻机反提形成直径1.40 m的溜渣井，随后安装直径1.20 m的钢护筒。

3.5 DN1200钢管现场安装施工

首先，从上弯段进行上段斜井钢管安装，然后，从新开支洞交汇处进行下段斜井钢管安装，最后，从中部对接。

为了便于钢管安装，溜渣井形成后，对斜井上弯段顶部进行扩挖，扩挖深度满足安装工作面至天锚距离10～12 m。钢管运输至工作面后，采用机械设备配合手动葫芦调整安装角度。

钢管安装的角度调整完成后，对管节进行组焊，焊接在已开挖工作面上铺设的型钢平台上进行。

3.6 DN1200钢管参数及安装范围

DN1200(δ10 mm)钢管直径1.2 m，每米重量293.46 kg，单根6 m长钢管总重为1.76 t，将斜井分为上、下两段安装，总长度为212 m，上段斜井长107 m，钢管重量31.40 t，下段斜井长105 m，钢管重量为30.81 t，安装钢管总重量为62.21 t。

3.7 DN1200钢管安装吊点设置方式

因外购DN1200钢管材质为Q235，管壁厚度10 mm，上段斜井钢管总吊装重量为31.40 t，若采用焊接吊耳形式，因管节重量过大必然会导致吊点变形和撕裂，存在较大的安全风险。因此，采用在钢管上预制起吊孔穿锁定梁的方式进行管节的吊装，钢管安装及吊点设置示意图见图3：

图3 斜井溜渣井内钢管安装示意图

3.8 设备的选型计算

钢管安装起重最大重量为31.40 t，行走轮与岩壁的摩擦系数取0.1，最大工况为：最后一节钢管完成连接以后移除锁定梁时所需拉力。提升钢管所需牵引力为33.07 t。

根据设备选型计算，本工程采用鹤壁市双民矿山机械有限公司生产的2JTP-1.2×0.8型号双卷扬矿用绞车，该绞车60°坡度提升量可达到4 t，且采用12倍(6组)动滑轮，可以提升48 t重量，满足本工程施工需要。此产品系变频控制，而且电控系统配有制动单元，可设置自动减速段，正常操作情况下不产生冲击力。

3.9 溜渣井内钢管底部加固措施

上段斜井的钢管放至新开支洞交汇处后，将钢管底部与周边钢拱架进行焊接封堵，封堵完成后在钢管与围岩夹层内灌入1∶1水泥浆，使之与围岩成为一个整体。同样方法固定下段斜井钢管，当上下两段斜井分别固定完成后，再进行中部焊接连接。

3.10 溜渣井内钢管安装施工步骤

上段斜井钢管安装：第一步，将第一节钢管(6 m)吊入溜渣井内，并借助型钢平台将其锁定在井口；第二步，第二节钢管(6 m)吊装至第一节钢管上方，并完成组对焊接；第三步，借助绞车将钢管(12 m)下放至井口，同样锁定钢管；第四步，第三节钢管(6 m)吊装至溜渣井口，仍进行组对焊接；第五步，借助绞车将钢管(18 m)钢管继续下放钢管。

按照以上步骤重复作业施工，并一次性吊装、焊接所有管节。当安装13～18节钢管时需严格控制焊接质量，可增加拉板提升焊接牢固性，拉板数量不低于4组，且拉板长度≥600 mm，每次在钢管下放之前将上节钢管吊孔进行焊接封堵。按同样的方法安装下段斜井钢管。

上段斜井和下段斜井分别安装完成后，在新开支洞交汇处进行上下段连接，至此，溜渣井内钢管安装完毕，安装总长度为212 m。钢管全部安设完成后，从上至下进行正井法开挖，施工渣料通过钢管下部的4#支洞运出。

4 结 语

针对本工程国内罕见的工程条件，在按原方案反井钻法无法实施的前提下，采用新开支洞分段预固结灌浆加钢护筒法这一施工技术，在实际施工中取得了较好的效果。

通过工程运用，新开支洞分段预固结灌浆加钢护筒法适用于埋深浅、地质条件差、中等洞径、长度大于150 m、倾角大于45°的斜井开挖施工，具有通风条件好、渣料运输方便、工作效率高、工期可控、安全有保障等优点，不足之处在于增设支洞及钢护筒不可避免的增加部分投资。综上所述，这是一种安全实用的斜井施工新技术，建议推广实施，同时希望给读者提供借鉴参考。